淺談低溫柔性電纜性能要求及測試方法

一般來說，風場位于特殊氣候條件的惡劣環(huán)境中，例如，強風、強紫外線和含鹽度很高的空氣等。正因如此，風電應(yīng)用中的電纜性能無疑比其它應(yīng)用更高。而風機內(nèi)的運動部件進一步提高了正確選擇電纜的重要性。"

現(xiàn)有風場的維護和新的大規(guī)模風場開發(fā)都需要考慮采用高等級的電力電纜、數(shù)據(jù)與控制電纜和通信電纜，它們決定了電網(wǎng)和通信系統(tǒng)的互連質(zhì)量。單個風電機組所需的電纜數(shù)量比人們想像的要多。例如，一臺90米高的1.25MW風力發(fā)電機需要約1km的電力電纜。這樣算，50MW裝機容量的風場將需要40km的電纜。

風電機組工作在惡劣環(huán)境，這種環(huán)境一般具有寬溫度范圍(約-40℃至50℃)、并且暴露在*紫外線的照射下。因此，要達到預(yù)期的使用壽命，所使用的特殊電纜需要能夠承受-40℃的低溫及可抵御紫外線的輻射。對風機內(nèi)的運動部件而言，電纜應(yīng)具有優(yōu)異的扭轉(zhuǎn)和彎曲柔韌性，并具有很小的彎曲半徑。電纜還需要能抗燃料、抗冷凍劑、耐油、耐腐蝕性化學(xué)品及抗磨損。如果風場是靠近海岸的陸地或位于海上，電纜都還必須耐高含鹽水的侵蝕。出于ān全考慮，除上述要求外，還要求電纜具有阻燃性。在某些情況下，還要求低煙、零鹵素(LSZH)材料和EMI保護等其它特性。

綜上所述，風電應(yīng)用中使用的電纜一般應(yīng)滿足以下要求：

(1) 導(dǎo)線

為盡量提高柔曲性，*設(shè)計工程師只使用多股數(shù)的退火軟銅線。在彎曲繞折類應(yīng)用中，采用短的同心絞線構(gòu)造；在扭轉(zhuǎn)繞折類應(yīng)用中，采用長的同心絞線構(gòu)造。面積大于6mm2(10AWG)的導(dǎo)線要求使用復(fù)合絞線結(jié)構(gòu)。

(2) 絕緣

為增加低溫柔韌性，通常選擇熱塑性橡膠(TPE)、乙丙橡膠(EPR，一種EPM或EPDM)或硅橡膠(SiR)作為絕緣材料，以抵抗臭氧腐蝕和發(fā)熱引起的老化。PVC/尼龍絕緣由于具有高電介強度也得到了廣泛應(yīng)用。

(3) 護套

電纜護套既可以是諸如聚氯乙烯(CPE)、聚氯丁烯(氯丁橡膠)、氯磺化聚乙烯(CSPE)合成橡膠等熱固性化合物；也可是類似TPE、TPE-PVC合金和聚亞安酯等熱塑性化合物。這些材料都具有抗油、抗燃料、耐溶劑腐蝕等能力，并且在低溫下具有出色的柔韌性。這種特性使其成為風電電纜的理想護套材料。

應(yīng)當注意，電纜結(jié)構(gòu)也是電纜柔韌性的決定性因素。采用平衡結(jié)構(gòu)的對稱導(dǎo)線設(shè)計通常具有高柔韌性。

即使電纜制造時遵循這些一般規(guī)則，仍強烈建議進行*的測試，以仿真"實際"應(yīng)用。

電纜測試方法和程序

根據(jù)風向，需要由偏航驅(qū)動器調(diào)整風機角度。電力、控制和通信電纜要么沿水平軸彎曲，要么沿垂直軸旋轉(zhuǎn)。這就對扭轉(zhuǎn)撓曲性要求更加嚴格，也需要更多關(guān)注。雖然目前沒有扭轉(zhuǎn)撓曲性方面的標準或法規(guī)，但zuì終用戶通常仍追求電纜在投入使用前能通過某些方式的測試。

下面是電纜行業(yè)中zuì終用戶采用的一般測試方法。

(1) 單根電纜在低溫(-40℃)下的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力測試：

將一根10米長的垂直懸掛電纜樣品的頂端固定，底端綁定到一個旋轉(zhuǎn)裝置上。首先，將電纜順時鐘扭轉(zhuǎn)4圈(+1440o)，然后逆時針回轉(zhuǎn)4圈，恢復(fù)到原始位置。接著將電纜逆時針扭轉(zhuǎn)4圈(-1440o)，然后順時針回轉(zhuǎn)4圈，恢復(fù)到原始位置。重復(fù)上述整個過程5000次以模擬20年的使用情況。如果在2.5U0條件下經(jīng)過5分鐘，電纜沒被擊穿、護套也沒有裂紋，那么這根電纜就通過了測試。24芯 23*0.15帶護套銅芯塑料軟線（紅色）

注意：取決于電纜的電壓等級，U0可以是600、1000或2000V。

(2) 一束電纜的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力測試

測試程序與(1)相同，只是換成了電纜束。

風電電纜標準

目前還沒有專門針對風電應(yīng)用中使用電纜的標準。許多電纜制造商遵循IEC 60228 Class 5或6(類似于DIN VDE 0295 Class 5或6、HD 383、GB/T 3956 Class 5 或 6)標準，使用光面或鍍金屬的退火多股銅線作為風電電纜導(dǎo)線以獲得所需的柔韌性。有趣的是，IEC 60228只為電力電纜規(guī)定了導(dǎo)線的標稱橫截面面積和導(dǎo)線中電線的數(shù)量和尺寸，這給電纜制造商提供了很大自由度。因此，即使電纜滿足IEC 60288 Class 5或6的要求，電纜性能也經(jīng)常會不盡如人意。而UL 62(涉及多個ASTM標準)不僅規(guī)定了導(dǎo)線中每股電線的尺寸和數(shù)量，還規(guī)定了導(dǎo)線結(jié)構(gòu)(如同心絞線、復(fù)合絞線和集合絞線等結(jié)構(gòu))，這些都是電纜柔韌性性能的關(guān)鍵。至于絕緣和護套，許多制造商遵循DIN VDE 0207-20和DIN VDE 0207-21。HD 22.1、HD 22.4、UL 44和UL 62也成為電纜生產(chǎn)的通用標準。

諸如UL 758、UL 1581、UL 1277、UL 2277、IEC 60332等其它標準也經(jīng)常被用于支持一些額外特性，如風機機架電纜(WTTC)規(guī)范和可燃性等級要求。

由于歐洲國家早于北美國家開發(fā)用于風能市場的電纜，因此電纜制造商目前更多的采用歐洲標準。盡管如此，類似的美國UL標準具有相同功用，且在某些情況下，UL標準對風能應(yīng)用有更嚴格的要求。

10kV配電線路常見故障及預(yù)防措施

10kV配電網(wǎng)絡(luò)涉及面廣、影響面大，它直接關(guān)系到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及廣大人民群眾生活等ān全可靠供電的需要。為了減少線路故障的發(fā)生,迅速查找線路缺陷及事故隱患，作為運行人員應(yīng)該掌握線路事故發(fā)生的規(guī)律性，并采取有針對性的措施來預(yù)防或消除，盡量縮小停電面積，減短停電時間，以保證10kV配網(wǎng)能ān全可靠的供電、運行。一般10kV線路故障，從技術(shù)性質(zhì)上分有接地(多指單相接地)、相間短路、接地相間短路三種形式;從時間上分有線路瞬時性故障(一般是斷路器重合閘成功)和yǒng久性故障(一般是斷路器重合閘不成功)兩類。

　　1 單相接地故障

　　一般引起此類故障的問題較多且不易查找，因為此類故障不足以引起跳閘，有時無明顯的判別標志。

　　1.1 故障原因

　　發(fā)生單相接地故障的主要原因有導(dǎo)線在絕緣子上綁扎或固定不牢，脫落到橫擔或地上;導(dǎo)線斷線落地或搭在橫擔上;配電變壓器高壓引下線斷線;導(dǎo)線風偏過大，與建筑物距離過近;配電變壓器高壓

　　繞組單相絕緣擊穿或接地;配電變壓器臺上的避雷器或熔斷器絕緣擊穿;同桿架設(shè)導(dǎo)線上層橫擔的拉線一端脫落，搭在下排導(dǎo)線上;導(dǎo)線上的分支熔斷器絕緣擊穿;絕緣子擊穿;線路落雷;樹木短接等。

　　1.2 故障查找

　　對于此類故障的查找的辦法一是沿線路進行粗略xún視，看是否有樹木短接、導(dǎo)線斷線、導(dǎo)線附著異物等，多注意線路轉(zhuǎn)角及分支線T接處;一是重點xún視配電室，根據(jù)經(jīng)驗這樣的故障一般是配電室的跌落熔斷器、避雷器、穿墻套管絕緣下降擊穿造成的。如果上述辦法未查找到故障點，可利用支線上的斷路保護器進行采取分片、分段、分設(shè)備的"排除法"，并與絕緣搖測、蹬桿檢查等辦法相結(jié)合，縮小排查范圍，盡快找到故障點并消除故障。

　　1.3 預(yù)防措施

　　1.3.1 對配電線路定期進行xún視，主要是看導(dǎo)線與樹木、建筑物距離，導(dǎo)線與絕緣子的綁扎和固定是否牢固，絕緣子固定螺栓是否松脫，橫擔、拉線螺栓是否松脫，拉線是否斷裂或破股，導(dǎo)線弧垂是否過大或過小等。

　　1.3.2 對配電線路上的絕緣子、分支熔斷器、避雷器等設(shè)備進行絕緣測試，不合格的及時更換。

　　1.3.3 在10kV配電線路分支上加裝斷路保護器，可以縮小故障范圍、減少停電面積和停電時間，有利于快速查找故障點。

24芯 23*0.15帶護套銅芯塑料軟線（紅色）　　2 相間短路故障

　　2.1 故障原因

　　引起此類故障的原因主要有：大風造成一些導(dǎo)體、半導(dǎo)體的輕物質(zhì)刮到線路上，例如田間的塑料薄膜、刮斷的樹枝、廢棄錄音長帶等;鳥害與放風箏或一些人為的向空中亂拋雜物落在導(dǎo)線上;違章駕駛機動車輛碰撞傾斜或撞斷道路旁電桿，超高車刮斷導(dǎo)線;用戶因設(shè)備原因造成的低壓相間短路;變壓器燒壞;

　　立在陡坡的電桿受雨水沖刷或低洼沼澤地帶桿基被泥水軟化、腐蝕，形成電桿傾斜或倒桿事故;雷擊引起的相間弧光短路或者對地絕緣擊穿(絕緣擊穿發(fā)生處一般為絕緣子、隔離刀閘、跌落式熔斷器等沒有避雷器保護的設(shè)備)導(dǎo)致的接地相間短路等。

　　2.2 故障查找

　　首先根據(jù)變電所熔斷器保護動作情況進行初步判斷。如果線路發(fā)生的是電流速斷保護動作，則可以判斷故障點一般是線路兩相或三相直接短路引起，且故障點在主干線或靠變電所較近的線路可能性較大。如果線路發(fā)生的是過電流保護動作，一般屬非金屬性短路或線路末端分支線路短路引起。如果電流速斷保護與過流保護同時動作，一般說明故障點位于線路中段。然后根據(jù)判斷組織人員進行xún視, 如果10kV線路主干線及各分支線都裝設(shè)斷路器保護,,則查看主干線柱上分段斷路器及各分支線斷路器是否跳閘，爾后對跳閘后的線路，對照2.1講過的可能發(fā)生的各種故障原因進行逐級查找，直到查出故障點; 對裝有線路短路故障指示器的架空線，可借助故障指示器的指示來確定故障段線路。

　　2.3 預(yù)防措施

　　2.3.1 在所有ān全距離裕度不大的轉(zhuǎn)角桿、T接桿、跌落保險等處實施絕緣化，避免異物和鳥類造成的故障。但要注意T接桿及轉(zhuǎn)角桿zuì上端的聯(lián)絡(luò)線保持裸線，為夏季雷擊提供放電點，防止雷擊斷線。

　　2.3.2 在雷場區(qū)的線路加裝避雷線及耦合地線。

　　2.3.3 在施工現(xiàn)場、道路兩旁等比較繁忙的公共場所處的電力設(shè)施安裝醒目標志;加強電力知識教育,提高用戶對供用電設(shè)施ān全保護的意識。

　　2.3.4 加強配電線路xún視,及時清理線路通道內(nèi)的障礙物。

　　3 結(jié)束語

　　為保證線路健康運行，正常經(jīng)濟送電，在線路設(shè)計、施工時做到充分考慮各種因素外，各供電所應(yīng)著重加強線路日常維護管理,進行定期檢修。公司對巡線人員不定期組織péi訓(xùn)、考核，提高其專業(yè)技能、強化責任心;巡線人員應(yīng)按規(guī)定進行xún視，檢查線路健康狀況，找出存在缺陷和問題，及時制訂檢修計劃，將事故消滅在萌芽狀態(tài),確保電網(wǎng)的ān全、經(jīng)濟和穩(wěn)定運行。